DE69729108T2 - ECCENTRIC SCREW PUMP - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für eine Pumpe. Sie erstreckt sich auch auf eine Exzenterschneckenpumpe, die die Rotoranordnung enthält. Die Exzenterschneckenpumpe kann einen verbesserten Dichtungsmechanismus aufweisen.The present invention relates to a rotor assembly for a pump. It also extends to an eccentric screw pump, which contains the rotor assembly. The progressing cavity pump can have an improved sealing mechanism exhibit.
Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere eine Rotoranordnung für eine Pumpe, wobei die Rotoranordnung
ein Rotorglied mit einem Hohlraum, eine Rotorwelle, die sich zumindest
teilweise in den Hohlraum erstreckt, und ein Verbindungsglied in
dem Hohlraum umfaßt,
das eine treibende Beziehung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied
ausbildet, wodurch eine der Rotorwelle verliehene Drehbewegung auf
das Rotorglied durch die Vermittlung des Verbindungsglieds übertragen
wird, wobei das Verbindungsglied fähig ist, einen thermisch induzierten strukturellen
Ausfall zu machen, um die treibende Beziehung zu beenden, wenn eine
vorbestimmte Pumpentemperatur erreicht wird. Eine Ausführung einer derartigen
Pumpe ist in der europäischen
Patentanmeldung
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION
Exzenterschneckenpumpen, die auch als Pumpen mit fortschreitendem Hohlraum (PC-Pumpen) bekannt sind, sind in der Sprengstoffindustrie wegen ihrer geringen Pulsationsströmung, ihrer geringen Produktscherung und ihrer Fähigkeit verbreitet, Produkte mit bis zu 40% Metalltröpfchen in der Schlacke zu handhaben. Sie werden auch in der Lebensmittelindustrie, bei der Handhabung von Abwasser und bei anderen Anwendungen eingesetzt, wo das Pumpen von Materialien mit relativ hohen Abriebeigenschaften erforderlich ist.Eccentric screw pumps that too are known as progressive cavity pumps (PC pumps), are in the explosives industry because of their low pulsation flow low product shear and their ability to spread products with up to 40% metal droplets to handle in the slag. They are also used in the food industry, used in wastewater handling and other applications, where the pumping of materials with relatively high abrasion properties is required.
Eine typische PC-Pumpe umfaßt im großen und ganzen einen Rotor, der zur Rotation in einem Stator montiert ist, der eine Pumpkammer definiert. Bei einem typischen Aufbau ist der Rotor geometrisch eine Helix mit großer Steigung, während der Stator als ein Körper mit einer Doppelhelix betrachtet werden kann, die die doppelte Steigung von dem Rotor hat. Als eine Folge werden Führungsräume (Hohlräume) in der Pumpkammer zwischen dem Stator und dem Rotor gebildet.A typical PC pump covers large and small whole a rotor, which is mounted for rotation in a stator, which defines a pump chamber. In a typical setup, the Geometrically a helix with a large pitch, while the stator geometrically as a body can be viewed with a double helix which is the double slope from the rotor. As a result, lead spaces (voids) in the pumping chamber become between the stator and the rotor.
Während des Pumpens werden diese Hohlräume mit dem Produkt befüllt und bewegen sich kontinuierlich von einem Einlaß zu einem Auslaß. Wegen des glatten Übergangs von einem Hohlraum zu dem nächsten ist die Pumpenzufuhr fast pulsationsfrei. Die Führungsräume sind durch den Preßsitz zwischen dem Rotor und dem Stator abgedichtet. Der Stator ist üblicherweise aus einem elastomeren Material gemacht, das in einer festen Hülle gehalten wird, obwohl andere Aufbauten verwendet werden können, wie z. B. ein mit einem Elastomer beschichteter Rotor. Das Volumen der Hohlräume bleibt während ihrer Bewegung konstant. Andere Konfigurationen neben einem Helixrotor großer Steigung in einem Doppelhelixstator können verwendet werden, einschließlich z. B. einem Rotor großer Steigung mit einem elliptischen Querschnitt in einem Dreifachhelixstator, der die oder die halbe Steigung des Rotors aufweist. Wegen der besonderen Rotor-/Statorkonfiguration bewegt sich der Rotor radial in dem Stator mit einer Umlaufbewegung. Siehe beispielsweise Netzsch Product Katalog mit dem Titel "The New NM Series – Who would have thought you could improve a NEMO® Pump?", Netzsch Mohnopumpen GMBH, Waldkraiburg, Deutschland, Juni 1994.During pumping, these voids are filled with the product and move continuously from an inlet to an outlet. Because of the smooth transition from one cavity to the next, the pump feed is almost pulsation-free. The guide spaces are sealed by the interference fit between the rotor and the stator. The stator is typically made of an elastomeric material that is held in a rigid shell, although other structures can be used, such as. B. a rotor coated with an elastomer. The volume of the cavities remains constant during their movement. Other configurations besides a large pitch helix rotor in a double helix stator can be used, including e.g. B. a rotor with a large pitch with an elliptical cross section in a triple helix stator which has one or half the pitch of the rotor. Because of the special rotor / stator configuration, the rotor moves radially in the stator in one orbital motion. See, for example, Netzsch Product Catalog entitled "The New NM Series - Who would have thought you could improve a NEMO ® Pump?", Netzsch Mohnopumpen GMBH, Waldkraiburg, Germany, June 1994.
In einer typischen bekannten Pumpe wird der Rotor von einer Antriebswelle angetrieben. Die Drehbewegung wird der Antriebswelle durch einen elektrischen, hydraulischen, pneumatischen Motor oder einen Motor anderer Art verliehen. Um sich an die Umlaufbewegung des Rotors anzupassen, ist die Antriebswelle aus einem flexiblen Material ausgebildet, wie z. B. Federstahl, oder sie kann eine feste Struktur mit universellen Zahnrad- oder Stiftverbindungen an ihren Enden aufweisen.In a typical known pump the rotor is driven by a drive shaft. The rotary motion the drive shaft is powered by an electrical, hydraulic, pneumatic motor or another type of motor. To yourself The drive shaft is to be adapted to the rotating movement of the rotor formed from a flexible material, such as. B. spring steel, or it can have a solid structure with universal gear or Have pin connections at their ends.
Dichtungen oder elastomere Schutzmanschetten sind vorgesehen, um das gepumpte Material, z. B. Sprengstoff, am Eindringen in die Verbindungen zu hindern. Gelegentlich ist anstatt der Verwendung von zwei separaten Schutzmanschetten ein elastomerer Stutzen zwischen den beiden Verbindungen verbunden und umgibt die Welle. Auch kann bei bestimmten Anordnungen eine einzelne Schutzmanschette verwendet werden. Siehe z. B. Waite, U.S. Patent Nr. 3,930,765. Vorzugsweise sind die Verbindungen ölgeschmiert, in welchem Fall die Dichtungen, Schutzmanschetten oder der Stutzen neben dem Heraushalten des gepumpten Materials aus den Verbindungen auch das Schmiermittel aus dem gepumpten Material heraushält.Seals or elastomeric sleeves are provided to the pumped material, e.g. B. explosives, on Prevent entry into the connections. Occasionally is instead the use of two separate protective sleeves an elastomeric Connected between the two connections and surrounds the Wave. A single protective sleeve can also be used in certain arrangements be used. See e.g. B. Waite, U.S. Patent No. 3,930,765. Preferably the connections are oil lubricated, in which case the seals, protective sleeves or sockets next to holding them out of the pumped material from the connections also the lubricant out of the pumped material.
Wenn PC-Pumpen mit Sprengstoff verwendet werden, müssen sie gegenüber übermäßige Wärmeerzeugung geschützt werden. Während des normalen Betriebs führt das gepumpte Material Wärme von der PC-Pumpe ab, um auf diese Weise die Erzeugung von übermäßiger Wärme zu verhindern. Übermäßige Wärme kann jedoch in Fällen von Leerbetrieb und Trockenpumpen erzeugt werden.When using PC pumps with explosives Need to become against excessive heat generation protected become. While normal operation the pumped material heat from the PC pump to prevent the generation of excessive heat. Excessive heat can however in cases generated by idle operation and dry pumps.
Leerbetrieb (auch als Totraumpumpen bekannt) tritt auf, wenn der Fluß von der Pumpe blockiert wird. Das kann bei dem Auslaß der Pumpe oder stromab von dem Auslaß passieren. Totraumpumpen ist möglicherweise der gefährlichste Zustand, der während des Pumpens von Sprengstoff vorkommen kann. Wenn der Antriebsmotor während des Totraumpumpens nicht leerläuft, wird die gesamte Antriebsenergie, die der Pumpe zugeführt wird, in Wärme umgewandelt, die von dem eingeschlossenen Sprengstoff und von dem Rotor und dem Stator absorbiert werden wird.Empty operation (also as dead space pumps known) occurs when the flow is blocked by the pump. This can happen with the outlet of the Pass the pump or downstream of the outlet. deadhead may be the most dangerous State that during of explosives pumping. If the drive motor during the Dead space pump does not run empty, the total drive energy that is supplied to the pump in warmth converted by the trapped explosives and by the Rotor and the stator will be absorbed.
Die Rate des Temperaturanstiegs hängt von dem Leistungseingang, der Wärmeableitkapazität und der Wärmedissipation des Systems ab. Wenn die Zersetzungstemperatur des Sprengstoffs erreicht ist (z. B. eine Temperatur oberhalb ungefähr 200°C für Emulsionen), deflagriert der gesamte explosive Lagerbestand in der PC-Pumpe, was im Großen und Ganzen zu der Pumpenzerstörung, physikalischen Schäden gegenüber der Umgebung und erheblichen Verletzungen von Personal führt, das neben der Pumpe sein kann.The rate of temperature rise depends on the power input, the heat dissipation capacity and the heat dissipation of the system. When the explosive's decomposition temperature is reached (e.g., a temperature above about 200 ° C for emulsions), all of the explosive inventory in the PC pump deflagrates, largely resulting in pump destruction, physical damage to the environment, and significant damage Injuries to personnel that may be next to the pump.
Überdies kann ein derartiges erstes Ereignis zu zweiten Ereignissen führen, wenn Fragmente von der Pumpe einen hinreichenden Schockimpuls schaffen, um Sprengstoff neben der Pumpe zur Detonation zu bringen. Totraumpumpvorfälle sind somit ein ernstes Problem für die Sprengstoffindustrie und viel Aufwand wurde betrieben, um zu versuchen, die Wahrscheinlichkeit für ihr Auftreten zu vermindern.moreover such a first event can lead to second events if Fragments from the pump create a sufficient shock pulse, to detonate explosives next to the pump. Dead space pump incidents are therefore a serious problem for the explosives industry and a lot of effort was put in to try to reduce the likelihood of their occurrence.
Trockenpumpen tritt auf, wenn eine PC-Pumpe dreht, aber kein Produkt auf der Saugseite des Stators verfügbar ist. Wenn eine Pumpe in einem derartigen trockenen Zustand läuft, erhält sie Wärme von der Reibung und von der Arbeit, die von der Deformation des Elastomer des Stators stammt. Da kein Produkt verfügbar ist, um die Wärme abzuführen, muß sie von dem Rotor, dem Stator und dem dünnen Film von Sprengstoffresten absorbiert werden, der in dem Stator bleibt. Wenn die Temperatur ansteigt, dehnt sich der Stator am stärksten nach innen aus, wegen seiner begrenzenden festen äußeren Hülle. Das wiederum beschleunigt das Aufwärmen und kann zur Zündung der Sprengstoffreste in der Pumpe führen.Dry pumping occurs when a PC pump rotates, but no product is available on the suction side of the stator. When a pump runs in such a dry state, it receives heat from the friction and the work caused by the deformation of the elastomer of the stator. Since there is no product available to remove the heat, it must be removed from the rotor, the stator and the thin one Film of explosive residues are absorbed in the stator remains. When the temperature rises, the stator stretches the most inside out because of its delimiting solid outer shell. This in turn speeds things up warming up and can be used for ignition the residual explosives in the pump.
Trockenpumpen ist im Großen und Ganzen ein geringeres Problem als Totraumpumpen, weil es weniger Sprengstoff in der Pumpe gibt, aber die Gefahr ist noch erheblich. Auch neigt Trockenpumpen dazu, öfter aufzutreten. Z. B. war es von Bedienern bekannt, die sich mit einer Pumpe mit einem Lufteinfluß beschäftigen, zu versuchen, das Problem zu lösen, indem einfach fortgefahren wird, die Pumpe laufenzulassen, anstatt sich die Zeit zu nehmen, die Pumpe zum Ansaugen zu bringen. Von Bedienern war auch bekannt, daß sie konventionelle Sicherheitsmechanismen abschalten, um es zu ermöglichen, daß derartige unsichere Verfahren verwendet werden können. Diese bedauerliche Wahrheit ist ein Grund, daß Sicherheitssysteme benötigt werden, die schwierig außer Kraft zu setzen sind. Wie unten diskutiert, überwindet eine Ausführung der vorliegenden Erfindung ein derartiges Problem.Dry pumping is by and large Whole less problem than dead space pumps because there is less There are explosives in the pump, but the danger is still considerable. Dry pumps also tend to do so more often occur. For example, it was known by operators who deal with a Deal with the air inflow, to try to solve the problem by simply continuing to run the pump instead take the time to prime the pump. Of Operators were also aware that they turn off conventional security mechanisms to allow that such unsafe procedures can be used. This unfortunate truth is a reason that security systems needed that are difficult besides Are to be set. As discussed below, execution of the present invention has such a problem.
Ein dritter gefährlicher Zustand kann auftreten, wenn Sprengstoff in die Verbindungen an den Enden der Antriebswelle als eine Folge des Versagens der Integrität der Schutzmanschette, der Dichtung oder des Stutzens eindringt, der bzw. die solche Verbindungen umgibt. Diese Verbindungen können nach langen Benutzungsdauern wegen Ermüdung, Abrieb, chemischen Angriff oder Frieren weniger wirksam werden. Das bewirkt ein Problem, weil Dichtungsversagen auftreten kann, ohne daß irgendein Hinweis von außen detektierbar ist. Obwohl die Gleitgeschwindigkeiten bei solchen Verbindungen niedrig sind, ist der Kontaktdruck zwischen den metallischen Teilen hoch und das kann zu erhöhter Reibung führen, insbesondere, wenn das Schmiermittel verloren geht und durch Sprengstoff ersetzt ist. Sprengstoff ist immer gegen Reibung empfindlich und kann es noch mehr durch Kristallisation oder Wasserverlust werden. Die Reibungswerte in einer Verbindung können somit hoch genug sein, um Sprengstoff zu entzünden. Das ist gefährlich und nicht wünschenswert.A third dangerous condition can occur if explosives in the connections at the ends of the drive shaft as a result of the failure of the integrity of the cuff, the Penetrating the seal or the connector, which or such connections surrounds. These connections can be made after long service life due to fatigue, abrasion, chemical attack or freezing become less effective. This creates a problem because Seal failure can occur without any outside detectable indication is. Although the sliding speeds in such connections are low, the contact pressure between the metallic parts high and that can be too elevated Cause friction, especially if the lubricant is lost and due to explosives is replaced. Explosives are always sensitive to friction and it can become even more from crystallization or water loss. The friction values in a connection can thus be high enough to ignite explosives. This is dangerous and not desirable.
Wenn nicht explosive Materialien gepumpt werden, existiert die Gefahr einer Explosion nicht und kommt natürlich nicht vor. Jedoch ist das Vorhandensein von gepumpten Material in den Verbindungen nicht wünschenswert, weil es die Lebensdauer der Pumpe verkürzt und zur Verschmutzung des gepumpten Materials führen kann, z. B. durch Metallpartikel und das Schmiermittel.If not explosive materials are pumped, the danger of an explosion does not exist and comes Naturally not before. However, the presence of pumped material is in the connections not desirable because it shortens the life of the pump and pollutes the pump pumped material can, e.g. B. by metal particles and the lubricant.
Viele Ansätze wurden in dem Stand der Technik verwendet, um die vorangehenden Probleme anzugehen. Diese Ansätze waren üblicherweise elektronischer Natur und haben keine Strömung, hohen und/oder niedrigen Druck oder eine hohe Temperatur wahrgenommen, die alle Indikatoren unsicherer Zustände sind. Vorrichtungen, die diese Ansätze verkörpern, waren im Großen und Ganzen sensitiv und relativ empfindlich. Dementsprechend arbeiteten sie gut in einer kontrollierten Umgebung, aber sie waren weniger ausfallsicher in der rauhen Umgebung, wie z. B. auf Sprengstoffpumpenlastern oder bei Untertagesprengstoffladegerätschaften. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß diese Vorrichtungen im Großen und Ganzen leicht zu umgehen waren.Many approaches have been made in the prior art used to address the foregoing problems. These approaches have usually been more electronic Nature and have no current, high and / or low pressure or high temperature, which are all indicators of unsafe conditions. Devices that these approaches embody, were big and quite sensitive and relatively sensitive. Worked accordingly they did well in a controlled environment, but they were less failsafe in the harsh environment, such as B. on explosive pump trucks or with underground explosives loading devices. Another disadvantage is that this Devices in large and They were easy to get around.
Mit Bezug auf die mit dem Totraumbetrieb und
dem Trockenpumpen verbundenen Probleme ist es die in der
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotoranordnung für eine Pumpe und eine PC-Pumpe anzugeben, die die oben beschriebenen mit dem Leerlaufbetrieb und dem Trockenpumpen verbundenen Probleme angeht.It is a task of the present Invention, a rotor assembly for specify a pump and a PC pump that match those described above problems related to idling and dry pumping.
Dementsprechend gibt die Erfindung eine Rotoranordnung für eine Pumpe an, wobei die Rotoranordnung ein Rotorglied mit einem Hohlraum, eine Rotorwelle, die sich zumindest teilweise in den Hohlraum erstreckt, und ein Verbindungsglied in dem Hohlraum umfaßt, das eine treibende Beziehung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied ausbildet, wodurch eine der Rotorwelle verliehene Drehbewegung auf das Rotorglied durch die Vermittlung des Verbindungsglieds übertragen wird, wobei das Verbindungsglied fähig ist, einen thermisch induzierten strukturellen Ausfall zu machen, um die treibende Beziehung zu beenden, wenn eine vorbestimmte Pumpentemperatur erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorglied in einem Eingriffzustand mit dem Verbindungsglied vor dem thermisch induzierten strukturellen Ausfall ist.Accordingly, the invention gives a rotor assembly for a pump, the rotor arrangement being a rotor member with a Cavity, a rotor shaft that is at least partially in the cavity extends, and includes a connector in the cavity that a driving relationship between the rotor shaft and the rotor member forms, whereby a rotary movement imparted to the rotor shaft the rotor link transmitted through the intermediary of the link the link is capable of a thermally induced structural Failure to end the driving relationship if one predetermined pump temperature is reached, characterized in that that this Rotor member in an engaged state with the connecting member is the thermally induced structural failure.
Die Erfindung gibt auch eine Exzenterschneckenpumpe an, die ein Gehäuse umfaßt, das eine Pumpkammer definiert, wobei das Gehäuse ein Einlaß, um zu pumpendes Material in die Pumpkammer hereinzulassen, und einen Auslaß aufweist, um gepumptes Material aus der Pumpkammer zu entlassen; und eine Rotoranordnung umfaßt, wie in dem unmittelbar vorhergehenden Absatz beschrieben, die in dem Gehäuse montiert ist.The invention also provides an eccentric screw pump at which is a housing comprises which defines a pumping chamber, the housing having an inlet to admitting pumping material into the pumping chamber and having an outlet, to discharge pumped material from the pumping chamber; and a Comprises rotor arrangement, as described in the immediately preceding paragraph, which in the housing is mounted.
In dieser Beschreibung soll der Ausdruck "Eingriffzustand" eine Anordnung bezeichnen, bei der das Rotorglied, und in einer bevorzugten Ausführung die Rotorwelle mechanisch mit dem Verbindungsglied gekoppelt ist, so daß eine Drehmomentübertragung auftritt, ohne überhaupt oder nur teilweise auf die Bindung an der Oberfläche Verbindungsglied/Rotorglied oder Verbindungsglied/Rotorwelle angewiesen zu sein. Z. B. wird eine mechanische Kopplung zwischen dem Verbindungsglied und dem Rotorglied erreicht, indem ein Glied mit einem Vorsprung versehen ist, der in einer passenden Aussparung an dem anderen Glied aufgenommen ist. Bei einem bestimmten Beispiel, das nicht auf eine beschränkende Weise ausgelegt werden sollte, umfaßt die Rotorwelle eine Reihe von in Längsrichtung verlaufenden Vorsprüngen, die entlang der gesamten Länge der Welle verlaufen und in regelmäßigen Winkelabständen verteilt sind. Solche Vorsprünge bilden Zähne, die mechanisch das Material des Verbindungsglieds in Eingriff nehmen. Auf eine ähnliche Weise bildet das Material des Verbindungsglieds, das die Räume zwischen den Vorsprüngen der Rotorwelle füllt, auch Zähne, die mit solchen Vorsprüngen in Eingriff sind. Der Eingriff zwischen dem Verbindungsglied und der Rotorwelle ist ähnlich zu einer Keilverbindung. Eine ähnliche keilartige Verbindung ist zwischen dem Rotorglied und dem Verbindungsglied vorgesehen. Bei diesem Beispiel besteht eine doppelte Bedingung des Eingriffs, nämlich zwischen dem Rotorglied und dem Verbindungsglied und zwischen der Rotorwelle und dem Verbindungsglied.In this specification, the term "engaged condition" is intended to refer to an arrangement in which the rotor member, and in a preferred embodiment, the Rotor shaft is mechanically coupled to the connecting member, so that a torque transmission occurs without at all or only partially on the link on the link / rotor link surface or link / rotor shaft. For example a mechanical coupling between the connecting member and the rotor member achieved by providing a link with a protrusion that is accommodated in a suitable recess on the other link. In one particular example, that's not in a limiting way should be interpreted includes Rotor shaft a series of in the longitudinal direction running projections, the along the entire length the shaft run and distributed at regular angular intervals are. Such advances form teeth, which mechanically engage the material of the link. In a similar way forms the material of the connecting link that divides the spaces between the ledges the rotor shaft fills, also teeth, those with such projections are engaged. The engagement between the link and the rotor shaft is similar to a wedge connection. A similar wedge-like connection is provided between the rotor member and the connecting member. In this example there is a double condition of intervention, namely between the rotor member and the connecting member and between the Rotor shaft and the connecting link.
Um einen Eingriffszustand zwischen dem Verbindungsglied, dem Rotorglied oder der Rotorwelle zu erzeugen, können koppelnde Vorsprünge/Aussparungen eingesetzt werden, wie oben beschrieben, die jedoch nicht über die gesamte Länge des Verbindungsglieds verlaufen müssen. Die Vorsprünge/Aussparungen können sich nur über einen Teil der Länge des Verbindungsglieds erstrecken. Die Anzahl und der Abstand der Vorsprünge/Aussparungen kann auch variieren, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen. Eine Möglichkeit ist es, einen Vorsprung zu verwenden, der auf dem Verbindungsglied ausgebildet ist, das in einer passenden Aussparung in dem Rotorglied aufgenommen ist, und einen weiteren Vorsprung zu verwenden, der an dem Verbindungsglied ausgebildet ist, der in einer passenden Aussparung an der Rotorwelle aufgenommen ist, oder anders herum. Eine weitere Möglichkeit, einen Eingriffzustand zwischen dem Verbindungsglied und der Rotorwelle auszubilden, ist es, eine Rotorwelle mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt zumindest entlang eines Abschnitts seiner Länge zu verwenden. Zum Beispiel könnte eine quadratische, polygonale, dreieckige oder eine ovale Welle eingesetzt werden. Eine etwas andere Möglichkeit ist es, eine Rotorwelle zu verwenden, die nicht geradlinig ist. Ein Abschnitt der Welle ist in einem Winkel bezüglich des Rests der Welle angeordnet, um einen mechanischen Eingriff mit dem Verbindungsglied zu erzeugen. Bei einem bestimmten Beispiel kann die Welle einen größeren, sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt umfassen, der in einem Kreuzstück endet, das Vorsprünge bildet, die das Material des Verbindungsglieds in Eingriff nehmen. Eine weitere Möglichkeit, die man erwägen könnte, ist es, eine Rotorwelle als eine Helix oder im Großen und Ganzen mit einem spulenförmigen Aufbau zu bilden. Noch eine weitere Möglichkeit, die man erwägen könnte, ist es, eine Rotorwelle vorzusehen, die im Querschnitt kreisförmig ist, aber die exzentrisch in dem Hohlraum des Rotorglieds angeordnet ist.Coupling projections / recesses can be used, as described above, to create an engagement state between the connecting member, the rotor member or the rotor shaft, but these do not have to extend over the entire length of the connecting member. The projections / recesses can only extend over part of the length of the connecting link. The number and spacing of the projections / recesses can also vary without departing from the inventive concept. One option is to use a protrusion formed on the connector that is received in a mating recess in the rotor member and another protrusion that is formed on the connector that is in a mating recess on the rotor shaft is recorded, or the other way around. Another way to establish an engagement state between the link and the rotor shaft is to use a rotor shaft with a non-circular cross-section at least along a portion of its length. For example, a square, polygonal, triangular or oval wave could be used become. Another option is to use a rotor shaft that is not straight. A portion of the shaft is angled with respect to the rest of the shaft to mechanically engage the connector. In a particular example, the shaft may include a larger, longitudinally extending portion that terminates in a cross piece that forms protrusions that engage the material of the connector. Another option that could be considered is to form a rotor shaft as a helix or, on the whole, with a coil structure. Yet another possibility that could be considered is to provide a rotor shaft which is circular in cross-section but which is eccentrically located in the cavity of the rotor member.
Der Ausdruck "thermisch induzierter struktureller Ausfall" bezieht sich auf die Fähigkeit des Materials, das das Verbindungsglied bildet, zumindest zum Teil seine strukturelle Integrität zu verlieren, so daß es nicht länger fähig ist, eine Drehbewegung von der Rotorwelle auf das Rotorglied zu übertragen. Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Verbindungsglied aus einer bei niedriger Temperatur schmelzenden Legierung gemacht, die in einen flüssigen Zustand übergeht, wenn ihre Temperatur den Schmelzpunkt übersteigt. In diesem Zustand dreht die Rotorwelle frei in dem Bad flüssiger Legierung, und keine Drehbewegung wird auf das Rotorglied übertragen. Vorzugsweise sollte das Material eutektisch oder im wesentlichen eutektisch sein.The term "thermally induced structural Failure "relates on the ability of the material that forms the connecting link, at least in part its structural integrity to lose, so it no longer is able to transmit a rotational movement from the rotor shaft to the rotor member. In a preferred embodiment is the connector of a melting at low temperature Alloy made into a liquid state when their temperature exceeds the melting point. In this condition rotates the rotor shaft freely in the liquid alloy bath, and no rotational movement is transferred to the rotor member. Preferably the material should be eutectic or essentially eutectic.
Eine Wismutlegierung, die vorzugsweise aus 55,5% Wismut und 44,5% Blei zusammengesetzt ist, hat sich als zufriedenstellend herausgestellt. Z. B. kann das Verbindungsglied als ein Partikelaufbau ausgebildet sein, wobei die Partikel in einer Matrix einer bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung oder im Großen und Ganzen einem Material gehalten werden, das sich bei einer bestimmten Temperatur auflöst oder in die flüssige Phase übergeht. Unter der bestimmten Temperatur verhält sich das Verbindungsglied als ein einheitlicher Aufbau. Wenn die Pumpe überhitzt, wird jedoch die Bindung zwischen den Partikeln aufgebrochen und sie werden frei, sich zueinander zu bewegen. Somit kommt die Rotorwelle und das Rotorglied voneinander außer Eingriff. Man könnte auch die Möglichkeit erwägen, Materialien oder Strukturen zu verwenden, um das Verbindungsglied herzustellen, die bei einer bestimmten Temperatur hinreichend schwächer werden, um die Struktur des Verbindungsglieds zu zerreissen, so daß es nicht länger fähig ist, eine Drehbewegung auf das Rotorglied zu übertragen, ohne jedoch zu bewirken, daß das Verbindungsglied schmilzt.A bismuth alloy, preferably composed of 55.5% bismuth and 44.5% lead has proven to be turned out satisfactorily. For example, the connector be designed as a particle structure, the particles in a Matrix of an alloy melting at a low temperature or in large and whole be held a material that is at a certain temperature dissolves or in the liquid Phase passes. The link behaves below the specified temperature as a unified structure. If the pump overheats, however, the bond between the particles are broken up and they become free to each other to move. Thus, the rotor shaft and the rotor member come from each other except Intervention. You could also the possibility consider, Use materials or structures to make the connecting link that are sufficiently weak at a certain temperature, to tear the structure of the link so that it doesn't longer is able to transmit a rotational movement to the rotor member without, however, causing that this Link melts.
Die Verwendung einer bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung bevorzugt man jedoch, weil das Material des Verbindungsglieds in eine Flüssigkeit übergeht, die nur einen minimalen Widerstand für die Rotationswelle bietet. Es ist klar, daß eine erhebliche Menge an Widerstand, die der Rotorwelle geboten wird, die Wirkung des Fortsetzens des Antreibens des Rotorglieds haben kann, was natürlich unerwünscht ist.The use of one at a low temperature melting alloy is preferred, however, because the material of the Connecting element changes into a liquid, which provides minimal resistance to the rotating shaft. It is clear that one significant amount of resistance offered to the rotor shaft have the effect of continuing to drive the rotor member can what of course undesirable is.
Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt die Rotoranordnung des weiteren Mittel zum Verhindern von Kontakt zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied bei einem strukturellen Ausfall des Verbindungsglieds, und am bevorzugtesten umfassen die Mittel zum Verhindern von Kontakt eine Lagerbuchse, die an jedem Ende der Rotorwelle angeordnet ist.In a preferred embodiment, the rotor assembly comprises further means for preventing contact between the rotor shaft and the rotor member in the event of a structural failure of the connecting member, and most preferably include the means for preventing contact a bearing bush located at each end of the rotor shaft.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt umfaßt die Rotoranordnung des weiteren Mittel zum Verhindern einer Längsverschiebung des Rotorglieds relativ zu der Rotorwelle beim strukturellen Ausfall des Verbindungsglieds und vorzugsweise umfassen die Mittel zum Verhindern der Längsverschiebung des Rotorglieds eine Kugel, die in dem Hohlraum des Rotorglieds angeordnet ist.In yet another aspect, the rotor assembly includes further means for preventing longitudinal displacement of the rotor member relative to the rotor shaft in the event of structural failure of the connecting link and preferably the means for preventing longitudinal displacement of the Rotor member a ball disposed in the cavity of the rotor member is.
Die PC-Pumpe der Erfindung kann auch die Probleme angehen, die oben in Zusammenhang mit der Verbindungsdichtungsunversehrtheit beschrieben wurden. Somit umfaßt bei einer Ausführung, bei der die Rotoranordnung fähig ist, Dreh- und Umlaufbewegungen in dem Gehäuse zu machen, um eine Verschiebung von zu pumpenden Material in der Pumpkammer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu bewirken, die Pumpe des weiteren eine Antriebswelle, um der Rotoranordnung eine Drehbewegung zu verleihen, und einen Dichtungsmechanismus, um die Antriebswelle von der Saugkammer des Einlasses zu isolieren, wobei der Dichtungsmechanismus Mittel bereitstellt, umThe PC pump of the invention can also address the issues above related to joint seal integrity have been described. Thus includes in one execution, where the rotor assembly is capable is to make rotational and orbital movements in the housing to make a shift of material to be pumped in the pumping chamber between the inlet and the Outlet too cause the pump to further drive a shaft to the rotor assembly to impart a rotational movement and a sealing mechanism, to isolate the drive shaft from the suction chamber of the inlet, the sealing mechanism providing means to
- i) einer Drehbewegung der Antriebswelle Rechnung zu tragen, undi) a rotational movement of the drive shaft to wear, and
- ii) einer Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung zu tragen.ii) to take into account a rotational movement of the drive shaft.
Für den Zweck dieser Beschreibung ist der Ausdruck "Umlaufbewegung" gedacht, einen ununterbrochenen Weg des Rotorglieds um eine gewisse Referenzgegend zu bezeichnen, die einen gewissen Abstand von der Mittellinie des Rotorglieds entfernt ist. Der Weg ist vorzugsweise kreisförmig, aber er kann auch elliptisch sein oder eine andere Form aufweisen. Vorzugsweise ist die Referenzgegend, um die sich das Rotorglied entlang des ununterbrochenen Weges bewegt, die Mittellinie eines Stators. Man sollte erwähnen, daß der Ort der Referenzgegend von der Geometrie der Rotor/Statorkonfiguration abhängt, und somit von der bevorzugten Ausführung abweichen kann. Andererseits soll "Drehbewegung" eine Winkelbewegung eines Teils der Antriebswelle um die Mittellinie dieses Teils bezeichnen. Z. B. wird die Antriebswelle als drehend betrachtet, wenn der Endbereich der Welle, der mit der Rotoranordnung verbunden ist, einer Winkelverschiebung unterworfen ist, die um die Mittellinie des Endabschnitts passiert, die typischerweise mit der Mittellinie der Rotoranordnung zusammenfällt.For the purpose of this description, the term "orbital motion" is intended to mean an uninterrupted path of the rotor member around a certain reference area that is a certain distance from the center line of the rotor member. The path is preferably circular, but it can also be elliptical or have another shape. Preferably, the reference area around which the rotor member moves along the uninterrupted path is the center line of a stator. It should be noted that the location of the reference region depends on the geometry of the rotor / stator configuration and can therefore differ from the preferred embodiment. On the other hand, "rotational movement" is intended to mean an angular movement of a part of the drive shaft around the center line of this part. For example, the drive shaft is considered to be rotating when the end portion of the shaft connected to the rotor assembly is subject to an angular displacement that passes around the centerline of the end portion, typically with the centerline of the rotor order coincides.
Um den Antriebswellenaufbau von der Rotoranordnung zu unterscheiden, wird der Dichtungsmechanismus hier als ein Bezugspunkt verwendet. Jede (alle) Struktur(en) und Komponente(n), die mit der Antriebswelle verbunden ist, und die der Umlauf- und Drehbewegung unterworfen ist, und die in den Grenzen der Pumpkammer eingeschlossen ist, wird (werden) so betrachtet, daß sie ein Teil der Rotoranordnung bildet(n). Andererseits wird (werden) jede (alle) Komponente(n), die ein Teil der Rotorordnung bildet(n) oder damit verbunden ist (sind), die durch den Dichtungsmechanismus tritt und sich nach außerhalb der Pumpkammer erstreckt, betrachtet werden, als daß es (sie) einen Teil der Antriebswelle bildet(n).To the drive shaft assembly from the To distinguish rotor arrangement, the sealing mechanism here used as a reference point. Any (all) structure (s) and component (s), which is connected to the drive shaft, and that of the rotating and rotating movement is subjected, and enclosed within the limits of the pumping chamber is considered to be part of the rotor assembly forms (s). On the other hand, each component (s), which forms part of the rotor arrangement or is connected to it (are) that passes through the sealing mechanism and extends outward the pumping chamber, can be considered as (it) forms part of the drive shaft.
Wie in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung verwendet, werden der Ausdruck "Isolier-" und dessen Ableitungen verwendet, um auf die Tatsache Bezug zu nehmen, daß die Antriebswelle von dem gepumpten Material getrennt ist. Dieser Ausdruck sollte nicht so strikt interpretiert werden, daß er bedeutet, daß die Antriebswelle vollständig abgedichtet ist, oder daß kein Material jemals die Antriebswelle oder Verbindungen davon erreichen oder damit in Kontakt kommen wird sondern eher, daß die Menge an Material, das die Antriebswelle oder Verbindungen davon berührt, in Bezug auf die Art von Material vernachlässigbar ist, das gepumpt wird.As in the context of the present Description used, the term "insulation" and its derivatives are used to to refer to the fact that the drive shaft from the pumped material is separated. This expression shouldn't be like that to be strictly interpreted that he means that the Drive shaft completely sealed is, or that no Material ever reach the drive shaft or connections thereof or will come into contact with it rather that the crowd of material in contact with the drive shaft or connections thereof Regarding the type of material that is being pumped is negligible.
Das eine Ausführungsbeispiel der Exzenterschneckenpumpe das oben beschrieben ist, ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber bekannten Vorrichtungen weil sie sicherer betrieben werden kann. Die Isolierung der Antriebswelle von der Saugkammer vermeidet die Ansammlung von gepumpten Material in den Verbindungen der Antriebswelle, was, wenn überhaupt, wie oben diskutiert, zur Deflagration der Pumpe führen kann, wenn explosive Substanzen verarbeitet werden.The one embodiment of the eccentric screw pump that described above is a significant improvement over known ones Devices because they can be operated more safely. The insulation the drive shaft from the suction chamber avoids the accumulation of pumped material in the driveshaft connections what, if anything, as discussed above, can lead to deflagration of the pump, if explosive substances are processed.
Bei der bevorzugten Ausführung umfaßt der Dichtungsmechanismus, der die Antriebswelle von der Pumpkammer isoliert: einen Dichtungsanordnungsring, der zwischen der Saugkammer und der Antriebswelle angeordnet ist; ein erstes Dichtglied, das radial einwärts von dem Dichtungsanordnungsring liegt und der Drehbewegung der Antriebswelle Rechnung trägt; und ein zweites Dichtglied, das radial auswärts von dem Dichtungsanordnungsring liegt und der Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung trägt.In the preferred embodiment, the sealing mechanism comprises which isolates the drive shaft from the pump chamber: a seal assembly ring, which is arranged between the suction chamber and the drive shaft; a first seal member that is radially inward of the seal assembly ring lies and takes into account the rotational movement of the drive shaft; and a second seal member that extends radially outward from the seal assembly ring lies and takes into account the rotational movement of the drive shaft.
Somit ist dieser Dichtungsmechanismus ein Verbundaufbau, bei dem der Dichtungsanordnungsring einen Endabschnitt der Welle umgibt, die mit der Rotoranordnung verbunden ist. Der Dichtungsmechanismus umfaßt des weiteren Lagermittel zwischen dem Dichtungsanordnungsring und der Antriebswelle. Die Lagermittel sind vorgesehen, um den Dichtungsanordnungsring konzentrisch um die Antriebswelle anzuordnen, und um es zu ermöglichen, daß die Drehbewegung der Antriebswelle im wesentlichen ohne Reibung geschieht. Hinter den Lagermitteln ist eine Lippendichtung montiert, die die Oberfläche der Antriebswelle in Eingriff nimmt, um ein Hindernis zu bilden, das den Eintritt von Pumpenmaterial verhindert, während sich die Antriebswelle dreht.So this is the sealing mechanism a composite structure in which the seal assembly ring has an end portion surrounds the shaft connected to the rotor assembly. The Sealing mechanism includes further storage means between the seal assembly ring and the drive shaft. The bearing means are provided around the seal assembly ring to be arranged concentrically around the drive shaft and to allow the rotational movement the drive shaft happens essentially without friction. Behind A lip seal is fitted to the bearing means which covers the surface of the Engages drive shaft to form an obstacle that prevents the entry of pump material while the drive shaft rotates.
Das zweite Dichtglied, dasjenige, das der Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung trägt, umfaßt ein flexibles ringförmiges Hindernis, das den Raum überspannt, der zwischen dem Dichtungsanordnungsring und dem Pumpengehäuse definiert ist. Der Aufbau des ringförmigen Hindernisses ist derart, daß der Dichtungsanordnungsring relativ zu dem Gehäuse verschoben werden kann, durch Kompression/Ausdehnung des Hindernisses. Das ermöglicht es, daß die Antriebswelle umläuft, während verhindert wird, daß gepumptes Material aus der Saugkammer an der Seite der Antriebswelle eintritt. Das zweite Dichtglied ist aus einem elastomeren Material ausgebildet und umfaßt zumindest eine Falte.The second sealing member, the one that takes into account the rotational movement of the drive shaft includes a flexible annular Obstacle that spans the space defined between the seal assembly ring and the pump housing is. The structure of the annular Obstacle is such that the Seal assembly ring can be moved relative to the housing, through compression / expansion of the obstacle. This enables that the Drive shaft revolves, while is prevented from being pumped Material enters from the suction chamber on the side of the drive shaft. The second sealing member is made of an elastomeric material and includes at least one crease.
Gemäß einer Variante umfaßt der Dichtungsmechanismus: einen Haltering, der zwischen der Saugkammer und der Antriebswelle angeordnet ist, wobei der Haltering fähig ist, eine Drehbewegung in dem Gehäuse zu machen; ein erstes Dichtglied, das exzentrisch in dem Haltering montiert ist, wobei das erste Dichtglied konzentrisch bezüglich der Antriebswelle angeordnet ist und Mittel bereitstellt, um der Drehbewegung der Antriebswelle Rechnung zu tragen; ein zweites Dichtglied, das an dem Gehäuse befestigt ist, wobei das zweite Dichtglied konzentrisch zu dem Haltering ist und Mittel bereitstellt, um der Drehbewegung des Halterings Rechnung zu tragen, wodurch die Umlaufbewegung der Antriebswelle dem Haltering eine Drehbewegung verleiht, und wodurch das zweite Dichtglied der Drehbewegung des Halterings Rechnung trägt.According to a variant, the sealing mechanism comprises: a retaining ring between the suction chamber and the drive shaft is arranged, wherein the retaining ring is capable of a rotary movement in the housing close; a first sealing member that is eccentric in the retaining ring is mounted, the first sealing member being concentric with respect to the Drive shaft is arranged and provides means for the rotational movement to take into account the drive shaft; a second sealing member, the on the housing is attached, wherein the second sealing member concentric with the retaining ring is and provides means for the rotational movement of the retaining ring To take account of what the orbital movement of the drive shaft Retaining ring gives a rotational movement, and thereby the second sealing member takes into account the rotational movement of the retaining ring.
Diese Verbunddichtung umfaßt einen Haltering, der als ein Hindernis dient, und der zu einer Drehbewegung in dem Gehäuse fähig ist, um der Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung zu tragen. Bei dieser Konstruktionsform braucht das ringförmige Hindernis (der Haltering) keinen nachgiebigen Aufbau zu haben. Vorzugsweise ist er aus einem steifen Material gemacht, das robuster als eine nachgiebige weiche Dichtung ist, weil es Rissen und physikalischen Stößen besser widersteht, für die es anfällig ist, wenn sie während des Betriebs der Pumpe vor kommen. Es ist die Drehbewegung des steifen ringförmigen Hindernisses, die es der Antriebswelle und dem Motorglied erlaubt, dem Umlaufweg zu folgen. Es ist klar, daß der Radius der Umlaufbewegung (Abstand zwischen Umlaufweg und der Mittellinie der Pumpkammer) fest ist, und durch den Ort der Antriebswelle bezüglich des Halterings definiert ist. Objektiv erfordert dieser Aufbau strikte Herstellungstoleranzen im Vergleich zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, das eine nachgiebige Dichtung verwendet, weil die Geometrie des Umlaufwegs fest ist, und nur kleine Veränderungen tolerierbar sind.This composite seal includes one Retaining ring that serves as an obstacle and that rotates in the housing is able to take into account the rotating motion of the drive shaft. at this type of construction requires the ring-shaped obstacle (the retaining ring) not to have a flexible structure. It is preferably made of one made of stiff material that is more robust than a compliant soft Seal is better because there are cracks and physical bumps resists for which make it vulnerable is when during operation of the pump. It is the rotating motion of the rigid ring-shaped obstacle, which allows the drive shaft and the motor link, the orbit to follow. It is clear that the Radius of the orbital movement (distance between the orbit and the center line the pump chamber) is fixed, and by the location of the drive shaft with respect to the Retaining rings is defined. Objectively, this structure requires strict Manufacturing tolerances compared to the previous embodiment, which uses a resilient seal because of the geometry of the Circulation is fixed, and only small changes are tolerable.
Bei dem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel der obigen Variante umfaßt die Pumpe ferner erste Lagermittel, um der Drehbewegung der Antriebswelle in dem Haltering Rechnung zu tragen, und des weiteren zweite Haltemittel, um der Drehbewegung des Halterings in dem Gehäuse Rechnung zu tragen. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Dichtglied Lippendichtungen, und das erste und das zweite Lagermittel sind zweireihige Kugellager.In the most preferred embodiment Example of the above variant, the pump further comprises first bearing means to take into account the rotational movement of the drive shaft in the retaining ring, and further second holding means to take into account the rotational movement of the retaining ring in the housing. Preferably the first and second sealing members are lip seals and the first and second bearing means are double row ball bearings.
Gemäß einer weiteren Ausführung umfaßt die Pumpe Mittel zum Erzeugen einer radialen Reaktionskraft, die im wesentlichen eine radiale Kraft ausgleicht, die von der Rotoranordnung auf den Stator während des Pumpens ausgeübt wird. Dieses Merkmal reduziert die Abnutzung des Stators. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Lager vorgesehen, das einen Ring aufweist, der konzentrisch auf der Antriebswelle montiert ist und eine Abrollfläche aufweist, vorzugsweise eine elastische, die ununterbrochen in Kontakt mit einem Abschnitt des Gehäuses ist. Die Lagerung bestimmt eine Grenze für den Druck, den die Rotoranordnung gegen den Stator ausübt, wodurch die Abnutzung des Stators begrenzt wird.According to a further embodiment, the pump comprises Means for generating a radial reaction force which is essentially balances a radial force from the rotor assembly to the Stator during of pumping becomes. This feature reduces wear on the stator. With a preferred one embodiment a bearing is provided which has a ring which is concentric on the drive shaft is mounted and has a rolling surface, preferably an elastic that is continuously in contact with a section of the housing is. The storage determines a limit for the pressure that the rotor assembly against the stator, which limits wear on the stator.
Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen klar.Other tasks and characteristics of Invention will become apparent with reference to the following description and the Drawings clear.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSUMMARY THE DRAWINGS
Das folgende ist eine Beschreibung mittels einer bevorzugten Ausführung, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug gemacht wird, bei denen:The following is a description by means of a preferred embodiment, being on the attached Reference is made to drawings in which:
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGDESCRIPTION A PREFERRED VERSION
Jetzt mit Bezug auf
Die Rotor-/Statoranordnungen, die
verwendet werden können,
umfassen ein Helixrotorglied großer Steigung in einem doppelgängigen Helixstator
mit der doppelten Steigung von dem Rotorglied (bezeichnet als eine
1/2 Geometrie) oder ein Rotorglied großer Steigung mit elliptischem
Querschnitt in einem dreigängigen
Helixstator mit der dreifachen Steigung von dem Rotorglied (als
eine 2/3 Geometrie bezeichnet). Wegen der besonderen Rotor/Statoranordnung
folgt das Rotorglied einem Umlaufweg in dem Stator um die Mittelachse
des Stators (durch die gestrichpunktete Linie B in
Der Stator kann von der vollelastomeren Art oder von der Art mit gleichförmiger Wandstärke sein. Der vollelastomere Stator umfaßt ein Stahlrohr mit einer gegossenen elastomeren Verkleidung, die die gewünschte Form aufweist. Der Stator mit gleichförmiger Wandstärke umfaßt ein Außengehäuse in der gewünschten Form, das mit einem Elastomer mit durchweg der gleichen Dicke ausgekleidet ist, wobei die Dicke von der Größe der Pumpe abhängt. Weil die Verkleidung überall in der Pumpe die gleiche Dicke aufweist, übt sie einen gleichförmigen Druck über die gesamte Länge des Kontakts aus. Beide Arten von Statoren sind bekannt und von verschiedenen Herstellern erhältlich. Der Fachmann wird auch erkennen, daß andere Arten von Statoren eingesetzt werden können, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.The stator can be of the fully elastomeric Kind or of the kind with uniform Wall thickness his. The fully elastomeric stator comprises a steel tube with a cast elastomeric cladding that has the desired shape. The stator with uniform Wall thickness comprises an outer case in the desired Form lined with an elastomer of consistently the same thickness where the thickness depends on the size of the pump depends. Because the cladding is everywhere has the same thickness in the pump, it exerts a uniform pressure over the whole length of contact. Both types of stators are known and from different manufacturers available. Those skilled in the art will also recognize that other types of stators can be used which fall within the scope of the invention.
Das gewundene Rotorglied kann aus irgendeinem geeigneten Material ausgebildet sein, wie z. B. rostfreier Stahl oder Aluminium mit einer hart beschichteten Oberfläche, wobei Aluminium wegen seinen Hitzedissipationseigenschaften bevorzugt wird. Aus den hier detailliert dargelegten Gründen ist es für das Rotorglied wichtig, eine gute thermische Leitfähigkeit zu besitzen, um eine schnelle Gesamtantwort auf eine übermäßige Wärmeerzeugung in der Pumpe aufgrund eines Totraumbetriebs oder aufgrund von Trockenpumpen zu schaffen. Gute Wärmedissipationseigenschaften sind auch wichtig, um die Bildung von sogenannten "heißen Punkten" zu vermeiden, die von der übermäßigen Reibung zwischen dem Rotorglied und dem Stator bei einem bestimmten Gebiet als eine Folge von Fehlern an der Oberfläche des Rotorglieds oder des Stators bewirkt werden.The winding rotor member can be made of ir be made of a suitable material, e.g. B. stainless steel or aluminum with a hard coated surface, aluminum being preferred because of its heat dissipation properties. For the reasons detailed here, it is important for the rotor member to have good thermal conductivity in order to provide a quick overall response to excessive heat generation in the pump due to dead space operation or due to dry pumps. Good heat dissipation properties are also important to avoid the formation of so-called "hot spots" caused by the excessive friction between the rotor member and the stator in a particular area as a result of defects on the surface of the rotor member or stator.
Das Rotorglied
Das Rotorglied
An jedem Ende der zweiten Welle
Im Gegensatz zu konventionellen PC-Pumpen,
bei denen die Antriebswelle in der Pumpkammer angeordnet ist, ist
die Antriebswelle der dargestellten PC-Pumpe von der Pumpkammer
isoliert. Das wird durch den besonderen Dichtungsmechanismus erreicht,
der detaillierter bei den
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Dichtungsmechanismus
wird jetzt mit Bezug auf
Der Dichtungsanordnungsring
Die Außenseite des Dichtungsanordnungsrings
Für
typische Sprengstoffanwendungen muß das zweite Dichtungsglied
fähig sein,
einen negativen Kopf von ungefähr
9 m Wassersäule
und einen positiven Kopf von ungefähr 10 m Wassersäule zu unterstützen, und
eine radiale Verbiegung von bis zu + 8 mm anzunehmen. Eine Art von
Dichtung, die als zweites Dichtungsglied verwendet werden kann,
ist in
Um den Dichtungsanordnungsring
Jetzt mit Bezug auf
Eine dritte Ausführung des Dichtungsmechanismus
wird jetzt mit Bezug auf die
Gemäß dieser Ausführung wird
ein erstes Dichtglied mit einer Lippendichtung
Es ist auch ein zweites Dichtglied
vorgesehen, das aus einer Lippendichtung
Um die Drehbewegungen der Rotorwelle
Während
des Betriebs der Pumpe wird, weil die Rotorwelle
Während
diese dritte Ausführung
unter Verwendung von zweireihigen Kugellagern beschrieben wurde,
kann es möglich
sein, andere Arten von Lagern zu verwenden, wie z. B. einreihige
Kugellager oder zweireihige oder einreihige Wälzlager. Bei einer weiteren
Ausführung
(nicht gezeigt) könnte
auch eine zusätzliche
Reihe von Lippendichtungen neben den Lippendichtungen
Da alles gepumpte Material, das über die Lippendichtungen
Der Erfinder hat erkannt, daß das Anordnen der
Verbindungen der PC-Pumpe außerhalb
der Saugkammer manchmal zu einer vorzeitigen Abnutzung des Stators
führen
kann, insbesondere in dem Gebiet neben der Saugkammer (definiert
für den Zweck
der vorliegenden Beschreibung als der "Statoreinlaß"), und insbesondere in dem Fall elastomerer
Statoren. Ohne die Absicht, durch irgendeine bestimmte Theorie gebunden
zu sein, glaubt man, daß diese
vorzeitige Abnutzung das Ergebnis einer übermäßigen radialen Kraft ist, die
von dem Rotor auch den Stator ausgeübt wird, insbesondere in dem
Gebiet der Saugkammer
Die Größe der radialen Komponente der Gegenkraft wird von dem Winkel der Antriebswelle relativ zu der Längsachse des Rotors und von dem Abstand zwischen dem Statoreinlaß und der ersten Verbindung der Antriebswelle abhängen. Im allgemeinen wird ein größerer Winkel oder ein größerer Abstand zu einer größeren radialen Komponente führen. Um eine vorzeitige Abnutzung des Statoreinlasses zu verhindern, ist der Anwender vor zwei Alternativen gestellt. Die erste Lösung, die üblicherweise im Stand der Technik implementiert wird, ist es, die Verbindung so dicht wie möglich zu dem Statoreinlaß anzuordnen. Diese Lösung hat jedoch die oben diskutierten Nachteile. Eine zweite Möglichkeit ist es, eine lange Antriebswelle vorzusehen, um den Winkel Antriebswelle/Rotor zu reduzieren. Während es die Lösung erlaubt, die Antriebswelle von der Saugkammer zu isolieren, hat sie den Nachteil des Vergrößerns der Längsabmessung der PC-Pumpe.The size of the radial component the counterforce is relative to the angle of the drive shaft the longitudinal axis of the rotor and the distance between the stator inlet and the depending on the first connection of the drive shaft. Generally a larger angle or a greater distance too a larger radial Component. To prevent premature wear of the stator inlet, the user is faced with two alternatives. The first solution, usually is implemented in the prior art, the connection is like this tight as possible to the stator inlet. This solution however, has the disadvantages discussed above. A second option is to provide a long drive shaft around the drive shaft / rotor angle to reduce. While it allows the solution Isolating the drive shaft from the suction chamber has the disadvantage of increasing the longitudinal dimension the PC pump.
Wie in den
Wie insbesondere in
Bei einer bevorzugten Ausführung kann
der äußere Ring
Eine derartige elastische Oberfläche reduziert auch Geräusche und eliminiert die Notwendigkeit der Schmierung.Such an elastic surface reduces also noises and eliminates the need for lubrication.
Gemäß der Erfindung umfaßt die PC-Pumpe eine verbesserte Rotoranordnung, die ausgelegt ist, um das Drehen automatisch zu beenden, wenn eine vorbestimmte Temperatur erreicht wird, um den Wärmeaufbau zu vermeiden. Diese Rotoranordnung macht eine Verbesserung gegenüber Rotoren aus, die zur Zeit im Stand der Technik zu finden sind, und insbesondere gegenüber der Rotoranordnung, die in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 0255336 beschrieben ist, auf die früher Bezug genommen wurde, und die ein leicht schmelzbares metallisches Bindermaterial einsetzt, um eine Bindung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied zu erzeugen.According to the invention, the PC pump comprises one improved rotor assembly that is designed to automatically turn to end when a predetermined temperature is reached to the heat build-up to avoid. This rotor arrangement makes an improvement over rotors which are currently to be found in the prior art, and in particular across from the rotor assembly described in published European patent application 0255336 is described on the earlier Reference was made, and its an easily fusible metallic Binder material is used to create a bond between the rotor shaft and to produce the rotor member.
Insbesondere hat der Erfinder entdeckt,
daß das
mit dem Bruch der Bindung zwischen der Welle und dem Rotorglied
verbundene Problem vermieden werden kann, indem ein Verbindungsglied
zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied geschaffen wird, das
auf einem mechanischen Eingriff beruht (Eingriffzustand) mit dem
Rotorglied, oder dem Rotorglied und der Rotorwelle, um eine Drehmomentübertragung
zu bewirken. Bei einer bevorzugten Ausführung, die im Zusammenhang
mit den
Wie insbesondere in
Die vorbestimmte Schmelztemperatur des Materials, das das Verbindungsglied bildet, wird gemäß der Natur des gepumpten Materials gewählt. In dem Fall von Sprengstoff wird die Schmelztemperatur des Materials (und des Verbindungsglieds) zwischen ungefähr 20°C und ungefähr 40°C über der maximalen Pumptemperatur liegen (d. h., der höchsten Temperatur, die normalerweise innerhalb der Pumpe erreicht wird), aber weit unter der Zersetzungstemperatur des Sprengstoffs, die wie oben erwähnt, ungefähr 200°C für Emulsionen beträgt. Die maximale Pumptemperatur für Sprengstoff, der nicht auf einen Aufsatz anspricht, ist im Großen und Ganzen ungefähr 80°C, während er im Großen und Ganzen etwa 95°C für Sprengstoff ist, der auf einen Aufsatz anspricht. Die gewünschte Schmelztemperatur wird erhalten, indem Legierungen eines geeigneten eutektischen oder nahzu eutektischen Materials ausgewählt werden. Eine bevorzugte Legierung für Sprengstoffanwendungen besteht aus einer Mischung aus 55,50% Bi und 44,50% Pb und hat eine Schmelztemperatur von 124°C. Eine derartige Legierung ist von The Canada Metal Company Limited erhältlich und wird unter dem Handelsnamen CERROBASE (Nr. 5550-1) kommerziell vertrieben. Diese Legierung besitzt auch eine hinreichende Dauerdehnfestigkeit, um den Scherkräften standzuhalten, die von der Rotorwelle auf das Material ausgeübt werden, die auf ungefähr 50 psi in dem Fall von einer Pumpe mit einer 2/3 Geometrie abgeschätzt wurden. Der Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, daß anderes Material, das für einen thermisch indizierten strukturellen Ausfall fähig ist, verfügbar sein wird, vorausgesetzt, daß es die erforderliche Dauerdehnfestigkeit besitzt.The predetermined melting temperature of the material that forms the link is made according to nature of the pumped material selected. In the case of explosives, the melting temperature of the material (and the connector) between about 20 ° C and about 40 ° C above the maximum pumping temperature (i.e., the highest Temperature normally reached inside the pump), but far below the decomposition temperature of the explosive, the as mentioned above, approximately 200 ° C for emulsions is. The maximum pumping temperature for Explosives that do not respond to an essay are large and Quite roughly 80 ° C while he in the large and whole about 95 ° C for explosives is that responds to an essay. The desired melting temperature will be obtained by alloying a suitable eutectic or near eutectic material selected become. A preferred alloy for explosives applications from a mixture of 55.50% Bi and 44.50% Pb and has a melting temperature of 124 ° C. Such an alloy is from The Canada Metal Company Limited available and becomes commercial under the trade name CERROBASE (No. 5550-1) distributed. This alloy also has sufficient fatigue strength, about the shear forces to withstand the material exerted by the rotor shaft on the material, the approximately 50 psi in the case of a pump with a 2/3 geometry were estimated. The However, those skilled in the art will recognize that other material is suitable for one Thermally indicated structural failure is capable of being available is provided that it has the required fatigue strength.
Wenn die Temperatur als eine Folge
eines Totraumbetriebs oder von Trockenpumpen in der Pumpe ansteigt,
wird auch die Temperatur des Rotorglieds ansteigen, und die Wärme wird
auf das Verbindungsglied übertragen.
Wenn die Schmelztemperatur des Materials erreicht ist, wird das
Verbindungsglied schmelzen und als eine Folge die Antriebsbeziehung
zwischen der Rotorwelle
Die Innenfläche des Rotorglieds und die
Fläche
der Rotorwelle ermöglichen
das Vorsehen eines Verbindungsglieds, das in einem Eingriffzustand
mit der Rotorwelle und mit dem Rotorglied ist. Somit hängt die
Verbindung zwischen der Rotorwelle
Mit Bezug auf die Dauerdehnfestigkeitsanforderung sollte das Material, das das Verbindungsglied bildet, eine hinreichende Dauerdehnfestigkeit für das Verbindungsglied besitzen, um die Scherbelastung auszuhalten, die von der Rotorwelle auf das Material während der normalen Betriebsbedingungen ausgeübt wird. Wie zuvor erwähnt, ist die Scherbelastung, die von der Rotorwelle einer Pumpe mit einer 2/3 Geometrie ausgeübt wird, ungefähr 50 psi, und das Material sollte eine derartige Belastung bei der Pumptemperatur aushalten. Sorgfalt muß ausgeübt werden, um zu gewährleisten, daß das Material die Belastung bei der Pumptemperatur aushalten kann, und nicht nur bei Raumtemperatur. Geeignete Materialien mit der erforderlichen Dauerdehnfestigkeit und Schmelztemperatur können durch Routineversuche von dem Fachmann ausgewählt werden. Da die Größe der Vorsprünge oder Aussparungen, die es dem Verbindungsglied ermöglichen, eine Antriebsbeziehung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied auszubilden, auch in Abhängigkeit von der Dauerdehnfestigkeit des Materials variieren werden, können entsprechend Routineversuche auch erforderlich sein, um die richtige Größe zu bestimmen.With regard to the fatigue strength requirement the material forming the connecting link should be sufficient Fatigue strength for have the link to withstand the shear stress, that from the rotor shaft to the material during normal operating conditions exercised becomes. As previously mentioned, is the shear stress caused by the rotor shaft of a pump with a 2/3 geometry exercised will, roughly 50 psi, and the material should have such a load at the Endure pump temperature. Care must be taken to ensure that this Material can withstand the load at the pump temperature, and not just at room temperature. Suitable materials with the required Fatigue strength and melting temperature can be determined by routine tests selected by the expert become. Because the size of the protrusions or Cutouts that allow the link to have a drive relationship between the rotor shaft and the rotor member, also in dependence of the material's fatigue strength may vary accordingly Routine trials may also be required to determine the correct size.
Bei einer bevorzugten Ausführung wurde eine Rotorwelle mit einem Durchmesser von 50 mm mit Zähnen versehen, die ungefähr 2,5 mm tief sind, während die Innenfläche des Rotorglieds auch mit Zähnen versehen wurde, die ungefähr 2,5 mm tief waren. Der Abstand zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied betrug ungefähr 2 mm und der Hohlraum wurde mit CERROBASE (Nr. 5550-1) gefüllt.In a preferred embodiment provided a 50 mm diameter rotor shaft with teeth approximately 2.5 mm deep, while the inner surface of the rotor member was also provided with teeth approximately 2.5 mm deep. The distance between the rotor shaft and the rotor member was approximately 2 mm and the cavity was filled with CERROBASE (No. 5550-1).
Man hat jedoch erkannt, daß das oben
beschriebene Ausführungsbeispiel
einem vorzeitigen Ausfall des Verbindungsglieds unter Bedingungen ausgesetzt
sein kann, wo die Pumptemperatur die vorbestimmte Schmelztemperatur
des Materials erreicht, das das Verbindungsglied bildet. Bei Temperaturen
unter dieser vorbestimmten Schmelztemperatur kann Material des Verbindungsglieds
dem oben beschriebenen Dauerdehneffekt unterworfen sein. In der
in
Um die Möglichkeit dieser Art von vorzeitigem
Verbindungsgliedausfall zu minimieren, wird die normale Betriebstemperatur
der Pumpe für
die in
Jedoch führt das Halten der Pumptemperatur auf weniger als sagen wir 35°C unter der Schmelztemperatur des Verbindungsgliedmaterials zu einem langsamen Antwortverhalten über Zeitdauern, wo ein thermisch induzierter Ausfall des Verbindungsglieds erwünscht ist.However, keeping the pump temperature leads to less than say 35 ° C below the melting temperature of the connector material into one slow response behavior over Periods of time where a thermally induced link failure he wishes is.
Glücklicherweise können weitere Verbindungsgliedkonstruktionsanordnungen eingesetzt werden, die diese Art von vorzeitigem Verbindungsgliedausfall reduzieren und/oder beseitigen können. Bei diesen Ausführungen ist der Querschnittabstand zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied nicht konstant. Bei einer bevorzugten Ausführung ist der größte Freiraumabstand (bei irgendeinem bestimmten Querschnitt) mehr als 10% größer als der kleinste Freiraumabstand. Vorzugsweise ist der größte Freiraumabstand mehr als 50% und insbesondere vorzugsweise mehr als 100%, und noch mehr vorzugsweise mehr als 200% größer als der kleinste Freiraumabstand.Fortunately, others can Link structure assemblies are used that reduce this type of premature link failure and / or can eliminate. at these remarks is the cross-sectional distance between the rotor shaft and the rotor member not constant. In a preferred embodiment, the greatest clearance is (for any particular cross section) more than 10% greater than the smallest free space. The largest free space is preferably more than 50% and particularly preferably more than 100%, and still more preferably more than 200% larger than the smallest clearance.
Ausführungen, die diese Technik
einsetzen, können
vorzugsweise gemeinsame Geometrieformen verwenden, um die gewünschte Variation
im Freiraumabstand zu erreichen. Zum Beispiel schafft eine hexagonal
geformte Rotorwelle in einem zwölfeckförmigen Inneren
eines Rotorglieds, wie in
Bei dieser Ausführung beträgt der kleinste Querschnittsfreiraumabstand 1,5 mm, während der größte Querschnittsfreiraumabstand 5 mm beträgt, was eine 233%ige Zunahme im Freiraumabstand schafft.In this version, the smallest cross-sectional clearance is 1.5 mm while the largest cross-sectional clearance distance 5 mm is what creates a 233% increase in clearance.
Andere Konfigurationen sind möglich, einschließlich z. B. einer dreieckigen Rotorwelle in einem quadratischen Rotorhohlraum. Weitere Konfigurationen können auch irregulär geformte Rotorwellen in irregulär geformten Rotorhohlräumen umfassen, vorausgesetzt, daß die Freiraumdicke variiert. Bevorzugte Konstruktionen umfassen jedoch 6-seitige bis 12-seitige Rotorwellen in 8-seitigen bis 14-seitigen Rotorhohlräumen, wobei die Anzahl von Seiten der Rotorwelle vorzugsweise geringer als die Anzahl von Seiten des Rotorhohlraums ist.Other configurations are possible, including e.g. B. a triangular rotor shaft in a square rotor cavity. Other configurations can also irregular shaped rotor shafts in irregular shaped rotor cavities include, provided that the Clearance thickness varies. However, preferred constructions include 6-sided to 12-sided rotor shafts in 8-sided to 14-sided rotor cavities, whereby the number of sides of the rotor shaft is preferably less than that Number of sides of the rotor cavity is.
Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, glaubt man, daß dieser Ansatz die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Ausfalls vermindert, weil er die Möglichkeit eines kontinuierlichen kreisförmigen Wegs beseitigt, welcher einen konstanten Abstand von sowohl der Rotorwelle und dem Rotorglied ist. Somit ist es weniger wahrscheinlich, daß sich irgendein Dehnungs- oder Belastungsbruch an einer Dicke des Verbindungsgliedsmaterials zu dem benachbarten dickeren Gebiet des Verbindungsgliedmaterials fortsetzt.Without being bound by theory to be, it is believed that this Approach reduces the likelihood of premature failure, because he has the opportunity a continuous circular path eliminates which is a constant distance from both the rotor shaft and the rotor member. Hence, it is less likely that any Expansion or stress fracture on a thickness of the connector material to the adjacent thicker area of the connector material continues.
Auch, wenn sich das Verbindungsgliedmaterial "erweicht" oder beginnt, eine niedrigere Dauerdehnfestigkeit in der Nähe der Schmelztemperatur des Materials zu zeigen, beginnt das Verbindungsgliedmaterial als eine hochviskose Flüssigkeit zu wirken. Jedoch wird der Eingriff zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied unter diesen Bedingungen durch den Fließwiderstand des Materials von dem Gebiet mit großem Spielraum in das Gebiet mit kleinem Spielraum beibehalten. Während etwas "Fluß" auftritt, wird die Rotorwelle und das Rotorglied in einem Eingriffzustand gehalten – selbst obwohl die Rotorwelle und das Rotorglied sich mit leicht unterschiedlichen relativen Drehzahlen bewegen können. Mit anderen Worten kann sich die Rotorwelle relativ zu dem Rotorglied bewegen, während die Antriebsverbindung mit dem Rotorglied aufrecht erhalten wird.Also, when the connector material "softens" or begins to show a lower fatigue strength near the melting temperature of the material, the connector material begins to act as a highly viscous liquid. However, the engagement between the rotor shaft and the rotor member is maintained under these conditions by the flow resistance of the material from the large clearance area to the small clearance area. While some "flux" occurs, the rotor shaft and rotor member are kept in an engaged state - even though the rotor shaft and rotor member can move at slightly different relative speeds. With at in their words, the rotor shaft can move relative to the rotor member while maintaining the drive connection with the rotor member.
Diese Antriebsverbindung wird nur an dem Punkt unterbrochen, wo das Verbindungsgliedmaterial bis zu einem Punkt geschmolzen wurde, daß es ein "Fluid" mit einer hinreichend niedrigen Viskosität wird, um es dem Material zu ermöglichen, von dem Gebiet mit hohem Spielraum zu niedrigem Spielraum zu gelangen, ohne das Rotorglied zu bewegen.This drive connection is only interrupted at the point where the connector material up to melted to a point that it becomes a "fluid" with a sufficiently low viscosity, to allow the material to move from the high margin area to the low margin area without moving the rotor member.
Dieser Effekt wird im Folgenden als ein "Viskositätskeileffekt" bezeichnet, was den Eingriffzustand wegen des Widerstands der Fluidströmung von dem Gebiet hohen Spielraums zu dem Gebiet niedrigen Spielraums beschreibt.This effect is referred to below as a "viscosity wedge effect" denotes what the engaged state due to the resistance of the fluid flow from the High margin area describes to the low margin area.
Es sollte erwähnt werden, daß die Konstruktion
von
Unter Verwendung dieser Konstruktionsmodifikation können Verbindungsgliedmaterialien ausgewählt werden, die eine Schmelztemperatur von weniger als 20°C, und insbesondere vorzugsweise von weniger als 15°C, über der normal maximalen Pumptemperatur der Pumpe haben. Der Einsatz dieser Konstruktion erlaubt eine viel schnellere Antwort des thermisch induzierten Strukturausfalls des Verbindungsglieds während Zeiten, wenn die Pumpe ein Überhitzen erfährt.Using this design modification can Connector materials are selected that have a melting temperature of less than 20 ° C, and particularly preferably less than 15 ° C, above the normal maximum pumping temperature the pump. The use of this construction allows a lot faster response of the thermally induced structural failure of the Link during Times when the pump overheats experiences.
Es sollte jedoch erwähnt werden, daß die größte Querschnittsdimension der Rotorwelle kleiner als die kleinste Querschnittsdimension des Inneren des Rotorglieds sein muß, damit die Rotorwelle das Rotorglied bei Bedingungen des thermisch induzierten Ausfalls des Verbindungsglieds nicht treffen wird.However, it should be mentioned that the largest cross-sectional dimension the rotor shaft is smaller than the smallest cross-sectional dimension of the Must be inside the rotor member, thus the rotor shaft the rotor member under conditions of thermal induced failure of the link will not meet.
Sobald das Verbindungsglied geschmolzen ist,
kann der auf die Rotorfläche
bei dem Auslaß der Pumpe
wirkende Restpumpdruck eine Längsverschiebung
des Rotorglieds
Wenn gewünscht, könnte die Pumpe mit einer Wahrnehmvorrichtung ausgestattet sein, die den Motor auffordern würde, bei einem Außer-Eingriff-Kommen des Rotorglieds anzuhalten.If desired, the pump could be equipped with a sensing device equipped that would prompt the engine in the event of disengagement to stop the rotor member.
Die obige Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sollte nicht auf irgendeine beschränkende Weise interpretiert werden, weil Variationen und Verbesserungen möglich sind, die in dem Schutzbereich der Erfindung liegen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.The above description of a preferred embodiment shouldn't be interpreted in any limiting way because variations and improvements are possible in the scope of protection the invention lie as defined in the appended claims.
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